KR102418598B1 - 에너지 저장 모듈을 구비하는 캐비닛 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면에 따른 캐비닛은, 직육면체 형상으로 수직으로 설치되어 적어도 하나의 개방면을 형성하는 적어도 4개의 프레임; 상기 적어도 4개의 프레임 중 상기 개방면을 형성하는 2개의 프레임 각각에 일정한 간격으로 수직 방향으로 형성된 복수의 체결 홀; 및 적어도 두 개 이상의 에너지 저장 셀이 일 방향으로 병렬 배치되며 전기적으로 직렬 연결되고 동일 방향으로 양극 단자 및 음극 단자가 형성된 셀 어셈블리를 수용하고 상기 복수의 체결 홀에 착탈 가능하게 결합되는 적어도 하나 이상의 에너지 저장 모듈을 포함한다.
Description
본 발명은 에너지 저장 모듈을 구비하는 캐비닛에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공간 효율성을 높인 에너지 저장 모듈을 구비하는 캐비닛에 관한 것이다.
일반적으로 울트라 캐패시터(Ultra Capacitor)는 슈퍼 캐패시터(Super Capacitor)로도 불리우며, 전해 콘덴서와 이차 전지의 중간적인 특성을 갖는 에너지 저장 장치이다. 울트라 캐패시터는 높은 효율, 반영구적인 수명 특성을 가져 이차 전지와 병용할 수 있고, 또한 이차 전지를 대체할 수 있다. 또한 울트라 캐패시터는 빠른 충방전 특성을 가지며 이에 따라 이동통신 정보기기인 핸드폰, 노트북, PDA 등의 보조 전원으로서 사용될 수 있다. 그리고 울트라 캐패시터는 유지보수가 용이하지 않고 장기간의 사용 수명이 요구되는 어플리케이션에 대해서는 축전지 대체용으로 이용되기도 한다.
이러한 울트라 캐패시터는 일반적으로 여러 개가 조립되어 사용된다. 여러 개의 울트라 캐패시터가 조립된 에너지 저장 모듈은, 대표적으로 도 1과 같다. 도 1은 종래 기술에 따른 에너지 저장 모듈의 구성을 도시한 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 종래 기술에 따른 에너지 저장 모듈은, 울트라 캐패시터 어레이(10), 울트라 캐패시터 어레이(10)를 수용하는 케이스(20) 그리고 케이스(20)의 상, 하면 입구를 덮는 덮개(30, 40)를 포함한다. 울트라 캐패시터 어레이(10)는 다수의 울트라 캐패시터가 부스바(11)에 의해 전극 터미널들이 연결되고 너트에 의해 결합되어 구성된다. 이러한 에너지 저장 모듈 한 개는 일반적으로 48V의 전압을 갖는다.
울트라 캐패시터는 고전압이 요구되는 UPS(Uninterrupted Power Supply) 등의 주전원 혹은 보조 전원으로도 사용된다. 그러나, 도 1에 도시된 바와 같은 에너지 저장 모듈 한 개는 상술한 바와 같이 48V의 전압을 갖기 때문에, UPS 등의 고전압에서 사용되기 위해서는 복수 개의 에너지 저장 모듈을 직렬로 연결하여 사용해야 한다. 복수 개의 에너지 저장 모듈을 전기적으로 직렬로 연결하기 위해서는, 인접한 두 에너지 저장 모듈의 상면 덮개 외부로 돌출된 양극 단자와 음극 단자를 연결해야 한다. 그러나, 도 1에 도시된 에너지 저장 모듈은, 울트라 캐패시터가 가로 및 세로의 여러 방향으로 병렬로 배치되기 때문에, 복수 개의 에너지 저장 모듈을 전기적으로 직렬로 연결하기 위해서는, 길이가 긴 커넥터를 이용해야 하므로 단자 간 연결이 용이하지 않다. 또는, 부스바를 이용할 경우 단자의 위치가 다른 두 종류의 에너지 저장 모듈을 제조해야 하므로 제조 비용이 증가한다. 따라서 공간의 제약이 있는 캐비닛 내부에 설치할 경우 공간 효율성이 떨어진다. 그리고, 종래의 에너지 저장 모듈은, 울트라 캐패시터가 가로 및 세로의 여러 방향으로 병렬로 배치되기 때문에, 복수의 에너지 저장 모듈을 캐비닛 내부에 적층하여 사용할 경우, 진동에 약해진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 복수 개의 에너지 저장 모듈을 전기적으로 직렬 연결하는데 있어서 제조 비용을 줄이면서 단자 간 연결을 용이하게 하고 공간 효율성을 높이는 에너지 저장 모듈을 구비하는 캐비닛을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 캐비닛은, 직육면체 형상으로 수직으로 설치되어 적어도 하나의 개방면을 형성하는 적어도 4개의 프레임; 상기 적어도 4개의 프레임 중 상기 개방면을 형성하는 2개의 프레임 각각에 일정한 간격으로 수직 방향으로 형성된 복수의 체결 홀; 및 적어도 두 개 이상의 에너지 저장 셀이 일 방향으로 병렬 배치되며 전기적으로 직렬 연결되고 동일 방향으로 양극 단자 및 음극 단자가 형성된 셀 어셈블리를 수용하고 상기 복수의 체결 홀에 착탈 가능하게 결합되는 적어도 하나 이상의 에너지 저장 모듈을 포함한다.
복수의 에너지 저장 모듈이 수직 방향으로 적층되고, 수직 방향으로 인접한 두 에너지 저장 모듈의 양극 단자 및 음극 단자의 위치는 서로 반대일 수 있다.
상기 수직 방향으로 인접한 두 에너지 저장 모듈의 양극 단자 및 음극 단자는 일자 형태의 부스바가 수직으로 연결되어 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.
상기 적어도 하나 이상의 에너지 저장 모듈은, 적어도 두 개 이상의 케이스 블록이 상기 에너지 저장 셀의 병렬 배치 방향으로 연결되어 상기 셀 어셈블리의 일 측면을 감싸는 제 1 측면 케이스; 상기 제 1 측면 케이스와 동일한 구조를 갖고 상기 제 1 측면 케이스와 대향하여 결합되어 상기 에너지 저장 셀의 외측 형상에 대응하는 수용 공간을 형성하며 상기 셀 어셈블리의 다른 측면을 감싸는 제 2 측면 케이스; 상기 제 1, 2 측면 케이스 각각에 포함된 상기 적어도 두 개 이상의 케이스 블록을 상기 에너지 저장 셀의 병렬 배치 방향으로 연결하여 고정하는 적어도 두 개 이상의 측면 케이스 결합 부재; 상기 제 1, 2 측면 케이스의 결합에 따라 개방된 상기 양극 단자 및 상기 음극 단자가 형성된 전면을 덮는 제 1 덮개; 및 상기 제 1, 2 측면 케이스의 결합에 따라 개방된 후면을 덮는 제 2 덮개를 포함할 수 있다.
상기 제 1 덮개의 양끝에 복수의 체결 홀이 형성되어 상기 프레임에 형성된 복수의 체결 홀과 결합하여 볼팅 결합될 수 있다.
상기 케이스 블록들은, 상기 에너지 저장 셀의 외측 형상과 동일한 호(arc) 형상을 갖는 복수의 볼록부; 및 상기 복수의 볼록부 양끝단에 형성된 두 개의 케이스 블록 연결부를 포함하고, 상기 적어도 두 개의 측면 케이스 결합 부재 각각은, 상기 에너지 저장 셀의 병렬 배치 방향으로 연결되는 두 개의 케이스 블록의 케이스 블록 연결부와 결합되어 고정될 수 있다.
상기 에너지 저장 셀의 병렬 배치 방향으로 연결되는 두 개의 케이스 블록 연결부 및 상기 측면 케이스 결합 부재는, 볼팅 결합될 수 있다.
상기 에너지 저장 셀의 병렬 배치 방향으로 연결되는 두 개의 케이스 블록 연결부 각각에는, 비관통 홀이 일정한 간격으로 일렬로 형성되어 있고, 상기 측면 케이스 결합 부재에는 상기 비관통 홀의 위치에 대응하는 위치에 2열로 관통 홀이 형성될 수 있다.
상기 측면 케이스 결합 부재에 결합하여 대향하는 케이스 블록 연결부의 면에는, 상기 에너지 저장 셀의 단자가 형성된 방향으로 제 1 가이드 홈이 형성되고, 상기 제 1 가이드 홈에는 제 1 실링 부재가 삽입될 수 있다.
상기 볼팅 결합의 위치는, 상기 볼록부와 상기 제 1 가이드 홈 사이일 수 있다.
상기 제 1 측면 케이스의 양끝단에 형성된 케이스 블록 연결부와 상기 제 2 측면 케이스의 양끝단에 형성된 케이스 블록 연결부는, 서로 대향하여 볼팅 결합될 수 있다.
상기 제 1 측면 케이스의 양끝단에 형성된 케이스 블록 연결부와 상기 제 2 측면 케이스의 양끝단에 형성된 케이스 블록 연결부의 서로 대향하는 적어도 하나의 면에는, 상기 에너지 저장 셀의 단자가 형성된 방향으로 제 2 가이드 홈이 형성되고, 상기 제 2 가이드 홈에는 제 2 실링 부재가 삽입될 수 있다.
상기 볼팅 결합의 위치와 상기 볼록부 사이에 상기 제 2 가이드 홈이 위치할 수 있다.
상기 제 1, 2 측면 케이스와 상기 제 1, 2 덮개 사이에 제 3 실링 부재를 포함할 수 있다.
상기 제 3 실링 부재는, 상기 제 1, 2 측면 케이스의 전면 및 후면의 형상에 대응하는 형상으로 상기 전면 및 후면의 표면을 따라 배치될 수 있다.
상기 케이스 블록들은, 'L'자 형상일 수 있다.
본 발명의 에너지 저장 모듈은, 에너지 저장 셀이 일 방향으로 병렬로 배치되어 전기적으로 직렬 연결되고 양극 단자 및 음극 단자가 동일한 방향으로 형성되어 있어, 복수의 에너지 저장 모듈 간에 전기적 직렬 연결을 용이하게 한다. 따라서, 공간의 제약이 있는 캐비닛 내부에 많은 수의 에너지 저장 모듈을 설치하여 공간 효율성을 높인다.
도 1은 종래 기술에 따른 에너지 저장 모듈의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 에너지 저장 모듈의 결합 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 에너지 저장 셀 간의 연결을 도시한 도면이다.
도 5는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ'선에 따른 단면을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 블록의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 블록의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 다른 케이스 블록을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐비닛의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수 개의 에너지 저장 모듈을 적층한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 에너지 저장 모듈의 결합 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 에너지 저장 셀 간의 연결을 도시한 도면이다.
도 5는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ'선에 따른 단면을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 블록의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 블록의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 다른 케이스 블록을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐비닛의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수 개의 에너지 저장 모듈을 적층한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 모듈의 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 에너지 저장 모듈의 결합 사시도이며, 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 에너지 저장 셀 간의 연결을 도시한 도면, 도 5는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ'선에 따른 단면을 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 실시 예에 따른 에너지 저장 모듈(200)은, 적어도 2개 이상의 에너지 저장 셀(211)이 전기적으로 직렬 연결된 셀 어셈블리(210), 동일한 구조의 4개의 케이스 블록(220), 케이스 블록(220)을 연결하여 고정하는 케이스 결합 부재(230) 및 덮개(240, 250)를 포함한다.
셀 어셈블리(210)는 적어도 2개 이상의 에너지 저장 셀(211)이 전기적으로 직렬 연결된다. 에너지 저장 셀(211)은 울트라 캐패시터일 수 있으며, 본 실시 예를 설명함에 있어서 에너지 저장 셀은 울트라 캐패시터로 설명한다. 울트라 캐패시터는 빠른 충방전 특성을 가지며 이에 따라 이동통신 정보기기인 휴대폰, 노트북, PDA 등의 보조 전원으로서 뿐만 아니라, 고용량이 요구되는 전기 자동차나 하이브리드 자동차, 태양전지용 전원 장치, 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply : UPS) 등의 주전원 또는 보조전원으로 사용될 수 있다. 울트라 캐패시터(211)는 원통 형상의 형태일 수 있다. 하지만 이에 한하지 않으며 상기 에너지 저장 셀은 이차 전지, 배터리 등 전기 에너지를 저장할 수 있는 셀일 수도 있다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 셀 어셈블리(210)를 구성하는 에너지 저장 셀(211)은 일 방향으로 짝수 열로 병렬 배치되어 전기적으로 직렬 연결된다. 예컨대 본 실시예에서는 6열을 이룬다. 각 열에서 복수의 에너지 저장 셀(211)은 직렬로 배치되어 전기적으로 직렬 연결된다. 본 실시예에서는 3개의 에너지 저장 셀(211)이 직렬로 연결된다. 따라서 셀 어셈블리(210)는 3×6 배열 구조를 갖는다. 인접한 두 열의 최외곽에 병렬로 배치된 울트라 캐패시터 간에는 연결 부재, 예를 들어 너트(262) 및 부스바(261)에 의해 전기적으로 직렬 연결될 수 있다. 구체적으로, 도 4를 참조하면, 울트라 캐패시터(211)를 일 방향으로 병렬로 위치시킨 상태에서, 제 1 울트라 캐패시터의 양극 단자와 제 2 울트라 캐패시터의 음극 단자를 부스바(261) 및 너트(262) 등과 같은 연결 부재를 이용하여 전기적으로 직렬 연결시켜 셀 어셈블리(210)를 형성할 수 있다. 따라서 최종적으로 셀 어셈블리(210)의 양극 단자(210a)와 음극 단자(210b)는 동일 방향으로 돌출된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 동일한 형태의 4개의 케이스 블록(220)이 결합되어 에너지 저장 셀(211)의 측면을 감싼다. 즉, 에너지 저장 셀(211)의 병렬 배치 방향으로 연결되는 두 개의 케이스 블록(220)은 상기 셀 어셈블리(210)의 일 측면을 감싸는 제 1 측면 케이스를 형성한다. 그리고 에너지 저장 셀(211)의 병렬 배치 방향으로 연결되는 다른 두 개의 케이스 블록(220)은 상기 셀 어셈블리(210)의 다른 측면을 감싸는 제 2 측면 케이스를 형성한다. 따라서 제 1 측면 케이스와 제 2 측면 케이스는 동일한 구조이다. 이때, 제 1 측면 케이스를 구성하는 두 개의 케이스 블록(220)은 하나의 측면 케이스 결합 부재(230)로 연결 및 고정되어 셀 어셈블리(210)의 일 측면을 감싼다. 그리고 제 2 측면 케이스를 구성하는 두 개의 케이스 블록(220)은 다른 측면 케이스 결합 부재(230)로 연결 및 고정되어 셀 어셈블리(210)의 다른 측면을 감싼다.
케이스 블록(220)은 알루미늄 패널을 이용하여 일반적인 범용 압출기로 제조할 수 있다. 즉 일반적인 범용 압출기의 측면으로 알루미늄 패널을 삽입하면, 압출기는 알루미늄 패널을 가압하게 되고 압출기 내부의 금형의 모양에 따라 본 발명의 실시예에 따른 케이스 블록(220)이 제조된다. 본 발명의 실시예에서 셀 어셈블리(210)는 울트라 캐패시터(211)가 3×6으로 배열된 구조이고 이를 수용하는 측면 케이스의 길이는 약 418mm이다. 그런데 일반적인 범용 압출기로 알루미늄 패널을 가압하여 300mm 이상의 케이스를 제조할 경우 압력이 알루미늄 패널의 양 끝단까지 전달되지 못하고 따라서 케이스의 양 끝단에 불량이 발생하게 된다. 이러한 이유로, 본 발명의 실시예에서는 측면 케이스를 일체형으로 제작하지 않고 두 개의 케이스 블록(220)를 각각 별도로 제작한 후 전술한 바와 같이 측면 케이스 결합 부재(230)로 연결하여 고정하여 하나의 측면 케이스를 제작한다. 울트라 캐패시터는 고전압이 요구되는 UPS(Uninterrupted Power Supply) 등의 주전원 혹은 보조 전원으로도 사용되기 때문에, 셀 어셈블리(210)는 정격 용량에 따라 본 발명의 실시예인 3×6 배열 구조 이외 추가적인 3×8, 3×10 등의 배열 구조를 가져야 할 경우가 있다. 본 발명의 실시예에서는 일반 범용 압출기로 제조한 케이스 블록(220)을 측면 케이스 결합 부재(230)를 이용하여 연결하여 측면 케이스를 제조함으로써 이러한 높은 정격 용량에 손쉽게 대응할 수 있다.
구체적으로, 에너지 저장 셀(211)의 병렬 배치 방향으로 연결되는 두 개의 케이스 블록(220)과 측면 케이스 결합 부재(230)는 볼팅 결합된다. 제 1 측면 케이스와 제 2 측면 케이스는 서로 대향하며 양끝이 서로 맞닿아 직접 연결된다. 제 1 측면 케이스의 양끝단에 형성된 케이스 블록(220)과 이에 대향하는 제 2 측면 케이스의 양끝단에 형성된 케이스 블록(220)은, 볼팅 결합된다.
덮개(240, 250)는 제 1 측면 케이스 및 제 2 측면 케이스의 결합에 따라 개방된 전면과 후면을 덮는다. 즉, 4개의 케이스 블록(220)은 셀 어셈블리(210)의 측면만을 감싸므로, 덮개(240, 250)로 케이스 블록(220)에 수용된 셀 어셈블리(210)의 단자 방향, 즉 전면과 후면을 덮는다. 전술한 바와 같이, 셀 어셈블리(210)는 복수 개의 에너지 저장 셀(211)이 짝수 열로 배열되면서 직렬 연결됨으로써 셀 어셈블리(210)의 최종적인 양극 단자(210a) 및 음극 단자(210b)는 동일 방향으로 돌출된다. 따라서, 셀 어셈블리(210)의 전면, 즉 양극 단자(210a) 및 음극 단자(210b) 부분을 덮는 제 1 덮개(240)는 그 양극 단자(210a) 및 음극 단자(210b)가 돌출될 수 있도록 홀(242)이 형성되어 있고, 그 반대의 후면을 덮는 제 2 덮개(250)는 홀이 형성되어 있지 않다. 셀 어셈블리(210)의 양극 단자(210a) 및 음극 단자(210b)는 제 1 덮개(240)의 홀(242)을 관통하여 돌출되고 너트(270)에 의해 고정된다. 그리고 후술하는 바와 같이, 에너지 저장 모듈(200)을 캐비닛에 설치할 때, 에너지 저장 모듈(200)을 캐비닛에 고정할 수 있도록, 제 1 덮개(240)의 네 코너에는 볼트가 삽입될 수 있는 체결 홀(241)이 형성되고, 제 1 덮개(240)의 크기는 제 2 덮개(250)보다 큰 것이 바람직하다. 또한 제 1, 2 덮개(240, 250)에는 케이스 블록(220)의 탭(613a)에 대응하는 위치에 볼팅 결합을 위한 홀(243, 253)이 형성되어 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 각 케이스 블록(220)의 내측면에는 방열 패드(510)가 설치된다. 따라서 셀 어셈블리(210)가 케이스 블록(220)들이 형성하는 내부 공간에 삽입되었을 때, 셀 어셈블리(210)의 울트라 캐패시터(211)와 케이스 블록(220) 사이에 방열 패드(510)가 위치한다. 방열 패드(510)는 울트라 캐패시터(211)의 전극이 형성된 방향으로 케이스 블록(220)의 내측면에 길게 부착될 수 있다. 방열 패드(510)는 열 전달을 위한 열전도 필러, 예컨대, 금속 파우더 또는 세라믹 분말을 포함할 수 있다. 금속 파우더의 예로서는 알루미늄, 은, 구리, 니켈 및 텅스텐 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 또한, 세라믹 분말의 예로서는 실리콘(silicone), 그라파이트(graphite) 및 카본 블랙(carborn black)일 수 있다. 본 발명의 실시예에서 방열 패드(510)의 재질에 대해 한정하는 것은 아니다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 블록의 단면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스 블록의 사시도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 케이스 블록(220)은 'L'자 형상일 수 있으며, 울트라 캐패시터(211)의 외측 형상에 대응하는 형태의 수용부(618)를 갖는다. 울트라 캐패시터(211)가 원통 형상인 경우, 울트라 캐패시터(211)의 외측면과 접하는 케이스 블록(220)의 내측면은 원통 형상의 둥근 모양일 수 있다. 상기 'L'자 형상의 4개의 케이스 블록(220)이 결합하여 최종적으로 원통 형상의 내부 공간이 형성된다.
보다 구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 케이스 블록(220)은, 울트라 캐패시터(211)의 외측 형상과 동일한 호(arc) 형상을 갖는 복수의 볼록부(611), 볼록부(611)를 연결하는 볼록부 연결부(613), 볼록부(611)와 볼록부 연결부(613) 사이에 형성된 오목부(612), 케이스 블록(220)을 연결하는 케이스 블록 연결부(614, 615)를 포함한다.
복수의 볼록부(611)는 울트라 캐패시터(211)의 외측 형상과 동일한 호(arc) 형상을 가져 울트라 캐패시터(211)를 수용하는 수용부(618)를 형성하고 그 내측에 방열 패드(510)가 부착된다. 방열 패드(510)는 울트라 캐패시터(211)에서 발생한 열을 볼록부(611)로 방출하고, 또한 울트라 캐패시터(211)와 볼록부(611) 간의 절연 기능을 한다. 이러한 볼록부(611)들은 볼록부 연결부(613)에 의해 연결되고 볼록부 연결부(613)에는 덮개(240, 25)를 고정하기 위한 탭(613a)이 형성되어 있다. 탭(613a)은 볼팅(bolting) 처리를 위한 구조물로서 내주면에 나사산이 형성되어 케이스 블록(220)과 덮개(240, 250)를 고정하기 위한 볼트가 삽입된다.
오목부(612)는 볼록부(611)와 볼록부 연결부(613) 사이에 형성된다. 오목부(612)는 볼록부(611)의 일부를 바깥쪽으로 되접어 꺾음으로써 형성되는데, 이는 울트라 캐패시터(211)와 케이스 블록(220) 간의 절연거리 확보를 위한 것이다. 오목부(612)에는 일정한 간격으로 복수의 방열판(617)이 수직으로 설치되어 울트라 캐패시터(211)에서 발생하는 열을 외부로 방출한다. 즉 방열판(617) 사이의 공기 흐름을 통한 방열 효율을 높이기 위해 일정한 간격으로 방열판(617)이 수직으로 설치된다. 그리고 방열 면적을 넓히기 위해 복수의 방열판(617)이 설치된다. 이때 방열판(617)의 높이는 볼록부 연결부(613)의 높이와 동일하게 형성된다.
복수의 볼록부(611)의 양끝의 볼록부에는 케이스 블록 연결부(614, 615)가 형성된다. 케이스 블록 연결부(614, 615)는 케이블 블록(220)을 연결한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 케이스 블록 연결부(614)에는 길이 방향으로 적어도 하나 이상의 관통 홀(614b)이 일렬로 형성되어 있고, 케이스 블록 연결부(615)에는 길이 방향으로 적어도 하나 이상의 비관통 홀(615b)이 일렬로 형성되어 있다. 비관통 홀(615b)에는 내주면에 나사산이 형성될 수 있다.
서로 대향하여 결합되는 두 개의 케이스 블록(220)의 케이스 블록 연결부(614)는 서로 맞닿고, 맞닿은 두 개의 케이스 블록 연결부(614)는 관통 홀(614b)을 통해 볼트 및 너트로 고정된다. 그리고 두 개의 케이스 블록(220)이 에너지 저장 셀(211)의 병렬 배치 방향으로 연결되어 측면 케이스를 형성할 때, 두 개의 케이스 블록 연결부(615)는 직접 볼팅 체결되지 않고, 측면 케이스 결합 부재(230)를 매개로 결합된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 측면 케이스 결합 부재(230)에는 에너지 저장 셀(211)의 전극 방향, 즉 길이 방향으로 평행한 2열의 관통 홀(231)이 형성되어 있다. 측면 케이스 결합 부재(230)에서 2열의 관통 홀(231)의 위치는, 케이스 블록 연결부(615)의 비관통 홀(615b)의 위치에 대응한다. 에너지 저장 셀(211)의 병렬 배치 방향으로 두 개의 케이스 블록 연결부(615)를 연결할 때, 측면 케이스 결합 부재(230)의 2열 중 1열의 관통 홀(231)은, 제 1 케이스 블록 연결부(615)의 비관통 홀(615b)에 대응하고, 나머지 열의 관통 홀(231)은, 제 2 케이스 블록 연결부(615)의 비관통 홀(615b)에 대응한다. 두 개의 케이스 블록 연결부(615)를 연결한 상태에서, 측면 케이스 결합 부재(230)의 2열의 관통 홀(231) 및 두 개의 케이스 블록 연결부(615)의 비관통 홀(615b)로 볼트를 삽입하여 체결함으로써, 두 케이스 블록 연결부(615)를 고정한다.
한편, 케이스 블록(220)들의 결합시, 케이스 블록(220)들의 연결 부분에서 외부로부터 이물질(예, 수분)이 내부로 유입될 수 있다. 따라서 이를 방지하기 위해, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 케이스 블록 연결부(614, 615)에는 길이 방향으로 가이드 홈(614a, 615a)이 형성되고, 이 가이드 홈(614a, 615a)에는 실링 부재가 삽입된다. 케이스 블록 연결부(614)는 다른 케이스 블록 연결부(614)와 대향하는 면에 가이드 홈(614a)이 형성되고, 케이스 블록 연결부(615)는 측면 케이스 결합 부재(230)가 결합되는 면에 가이드 홈(615a)이 형성된다.
관통 홀(614b)을 통해 이물질이 유입될 수도 있으므로, 케이스 블록 연결부(614)에서 가이드 홈(614a)은, 관통 홀(614b)과 볼록부(611) 사이에, 즉 안쪽에 형성되는 것이 바람직하다. 반대로, 케이스 블록 연결부(615)에서는 비관통 홀(615b)과 볼록부(611) 사이가 아닌 그 반대의 측면에, 즉 바깥쪽에 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 가이드 홈(614a, 615a)에 삽입되는 실링 부재는 탄성을 갖고 그 두께는 가이드 홈(614a, 615a)의 깊이보다 큰 것이 바람직하다. 그래야 기밀을 유지하여 외부 이물질의 유입을 더 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 덮개(240, 250)와 케이스 블록(220)의 결합면에도 실링 부재가 설치될 수 있다. 이 실링 부재는 케이스 블록(220)의 전면 및 후면의 형상에 대응하는 형상으로 이루지는 것이 바람직하고, 케이스 블록(220)의 전면 및 후면의 표면을 따라 배치된다. 이 실링 부재가 덮개(240, 250)에 대응하는 크기의 사각 형상인 경우 덮개(240, 250)와 케이스 블록(220)의 볼팅 체결시 실링 부재의 테두리 부분에서 들뜸 현상이 발생하여 미관상 좋지 않다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 에너지 저장 모듈(200)은, 복수의 에너지 저장 셀(211)을 일 방향으로 병렬 배치하면서 전기적으로 직렬 연결함으로써 최종적으로 셀 어셈블리(210)의 양극 단자(210a)와 음극 단자(210b)는 동일 라인에 배치되면서 동일한 방향으로 돌출된다. 따라서 이러한 에너지 저장 모듈(200) 복수 개를 캐비닛에 적층하여 직렬로 연결할 경우 단자 간 연결을 용이하게 하면서 공간 효율성을 높일 수 있다. 이하에서 도 9 및 도 10을 참조하여 자세히 설명한다.
이상에서 설명한 실시예는, 'L'자 형의 동일한 구조의 4개의 케이스 블록(220)의 결합으로 셀 어셈블리(210)를 수용하는 것을 설명한다. 그러나 여기에 제한되는 것은 아니고, 제 1, 2 측면 케이스에서 에너지 저장 셀(211)의 병렬 배치 방향으로 연결되는 두 개의 'L'자 형의 케이스 블록(220)의 사이에 일자 형의 케이스 블록이 적어도 하나 이상이 연결될 수 있다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 다른 케이스 블록을 나타낸 도면으로, 일자 형의 케이스 블록이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 일자 형의 케이스 블록은, 울트라 캐패시터(211)의 외측 형상과 동일한 호(arc) 형상을 갖는 복수의 볼록부(611), 볼록부(611)를 연결하는 볼록부 연결부(613), 볼록부(611)와 볼록부 연결부(613) 사이에 형성된 오목부(612)를 포함하고, 이러한 구조는 도 6 및 도 7에 도시된 'L'자 형의 케이스 블록(200)와 동일하다. 다만, 도 8에 도시된 일자 형의 케이스 블록의 양 끝단에는 동일한 구조의 케이스 블록 연결부(615)를 포함한다.
따라서, 제 1, 2 측면 케이스에서 에너지 저장 셀(211)의 병렬 배치 방향으로 양끝에 'L'자 형의 케이스 블록을 배치하고 그 사이에 도 8에 도시된 바와 같은 일자 형의 케이스 블록을 적어도 하나 이상을 배치하면서 이들을 측면 케이스 결합 부재(230)로 연결 및 고정함으로써 많은 수의 에너지 저장 셀(211)을 수용할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐비닛의 사시도이다. 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 캐비닛(900)은, 직육면체 형상으로 골격을 유지하도록 세워져 설치되는 4개의 프레임(911), 프레임(911)의 측면을 따라 결합되는 2개의 측면 패널(914) 및 후면 패널(915), 프레임(911)의 상부 및 하부에 결합되는 상부 패널(912) 및 하부 패널(913), 그리고 캐비닛(900)의 앞면을 개폐하기 위한 도어(916)를 포함한다. 이들은 모두 금속 재질일 수 있다. 상부 패널(912)에는 필요 시 적어도 하나 이상의 냉각팬을 설치할 수 있도록 적어도 하나 이상의 개방부가 형성될 수 있고, 또한 상부 패널(912), 하부 패널(913) 또는 측면 패널(914)에는 케이블 배선을 위한 다수의 배선구가 마련될 수 있다.
4개의 프레임(911)에는 도어(916)가 설치된 방향으로 복수의 체결 홀(911a)이 일정한 간격으로 수직 방향으로 일렬로 형성되어 있다. 본 실시예에서는 4개의 프레임(911)에 모두 체결 홀(911a)이 형성되어 있는 것으로 설명하지만, 도어(916) 측의 두 개의 전면 프레임에만 체결 홀(911a)이 형성될 수도 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 도어(916)의 개방 상태에서 복수 개의 에너지 저장 모듈(200)이 캐비닛(900)으로 삽입된다. 이때 각 에너지 저장 모듈(200)의 전면 덮개(240)의 네 개의 코너에 형성된 체결 홀(241)과 프레임(911)에 형성되어 있는 체결 홀(911a)이 서로 대응하도록 설치된다. 그리고 체결 홀(241, 911a)로 볼트(921)를 삽입하여 너트로 고정함으로써, 각 에너지 저장 모듈(200)은 캐비닛(900)의 내부에 설치된다. 이때, 캐비닛(900)에 복수 개의 에너지 저장 모듈(200)을 삽입하여 적층할 때, 인접한 에너지 저장 모듈(200)의 단자 배치 위치가 서로 반대가 되도록 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수 개의 에너지 저장 모듈을 적층한 도면으로, 캐비닛(900)에 복수 개의 에너지 저장 모듈(200)을 수직 방향으로 적층한 예이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 인접한 에너지 저장 모듈(200)의 단자 배치 위치는 서로 반대이다. 예를 들어, 가장 위에 있는 에너지 저장 모듈(200)은 양극 단자(210a)가 오른쪽에 위치하고 음극 단자(210b)는 왼쪽에 위치한다. 반면 위에서 두 번째에 있는 에너지 저장 모듈(200)은 양극 단자(210a)가 왼쪽에 위치하고 음극 단자(210b)는 오른쪽에 위치한다. 에너지 저장 모듈(200)을 캐비닛(900)에 삽입할 때마다 에너지 저장 모듈(200)을 뒤집어서 삽입하면 된다. 이와 같이 복수 개의 에너지 저장 모듈(200)을 수직 방향으로 적층하면, 인접한 에너지 저장 모듈(200)의 양극 단자(210a) 및 음극 단자(210b)는 수직 방향으로 인접 배치되고, 따라서 복수 개의 에너지 저장 모듈(200)의 직렬 연결시, 일자 형태의 부스바(1010)를 수직 방향으로 연결하면 되므로, 하네스 등을 통한 연결보다 전기적 직렬 연결이 용이하다. 부스바(1010)를 사용함으로써 하네스 등보다는 수용 가능한 전류가 높고, 체결이 용이하다. 또한 공간이 한정된 캐비닛(800)에 많은 수의 에너지 저장 모듈(200)을 설치할 수 있어 공간 효율성이 높아지고, 고전압에 대응이 가능하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
200 : 에너지 저장 모듈
210 : 셀 어셈블리
211 : 에너지 저장 셀
220 : 케이스 블록
230 : 측면 케이스 결합 부재
240, 250 : 덮개
241 : 체결 홀
210 : 셀 어셈블리
211 : 에너지 저장 셀
220 : 케이스 블록
230 : 측면 케이스 결합 부재
240, 250 : 덮개
241 : 체결 홀
Claims (16)
- 직육면체 형상으로 수직으로 설치되어 적어도 하나의 개방면을 형성하는 적어도 4개의 프레임;
상기 적어도 4개의 프레임 중 상기 개방면을 형성하는 2개의 프레임 각각에 일정한 간격으로 수직 방향으로 형성된 복수의 체결 홀; 및
적어도 두 개 이상의 에너지 저장 셀이 일 방향으로 병렬 배치되며 전기적으로 직렬 연결되고 동일 방향으로 양극 단자 및 음극 단자가 형성된 셀 어셈블리를 수용하고 상기 복수의 체결 홀에 착탈 가능하게 결합되는 적어도 하나 이상의 에너지 저장 모듈을 포함하고,
상기 적어도 하나 이상의 에너지 저장 모듈은,
적어도 두 개 이상의 케이스 블록이 상기 에너지 저장 셀의 병렬 배치 방향으로 연결되어 상기 셀 어셈블리의 일 측면을 감싸는 제 1 측면 케이스;
상기 제 1 측면 케이스와 동일한 구조를 갖고 상기 제 1 측면 케이스와 대향하여 결합되어 상기 에너지 저장 셀의 외측 형상에 대응하는 수용 공간을 형성하며 상기 셀 어셈블리의 다른 측면을 감싸는 제 2 측면 케이스;
상기 제 1, 2 측면 케이스 각각에 포함된 상기 적어도 두 개 이상의 케이스 블록을 상기 에너지 저장 셀의 병렬 배치 방향으로 연결하여 고정하는 적어도 두 개 이상의 측면 케이스 결합 부재;
상기 제 1, 2 측면 케이스의 결합에 따라 개방된 상기 양극 단자 및 상기 음극 단자가 형성된 전면을 덮는 제 1 덮개; 및
상기 제 1, 2 측면 케이스의 결합에 따라 개방된 후면을 덮는 제 2 덮개를 포함하며,
상기 제 1 덮개의 양끝에 복수의 체결 홀이 형성되어 상기 프레임에 형성된 복수의 체결 홀과 결합하여 볼팅 결합되는, 캐비닛. - 제 1 항에 있어서,
복수의 에너지 저장 모듈이 수직 방향으로 적층되고,
수직 방향으로 인접한 두 에너지 저장 모듈의 양극 단자 및 음극 단자의 위치는 서로 반대인, 캐비닛. - 제 2 항에 있어서,
상기 수직 방향으로 인접한 두 에너지 저장 모듈의 양극 단자 및 음극 단자는 일자 형태의 부스바가 수직으로 연결되어 전기적으로 직렬 연결되는, 캐비닛. - 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 케이스 블록들은,
상기 에너지 저장 셀의 외측 형상과 동일한 호(arc) 형상을 갖는 복수의 볼록부; 및 상기 복수의 볼록부 양끝단에 형성된 두 개의 케이스 블록 연결부를 포함하고,
상기 적어도 두 개의 측면 케이스 결합 부재 각각은,
상기 에너지 저장 셀의 병렬 배치 방향으로 연결되는 두 개의 케이스 블록의 케이스 블록 연결부와 결합되어 고정되는, 캐비닛. - 제 6 항에 있어서,
상기 에너지 저장 셀의 병렬 배치 방향으로 연결되는 두 개의 케이스 블록 연결부 및 상기 측면 케이스 결합 부재는, 볼팅 결합되는, 캐비닛. - 제 7 항에 있어서,
상기 에너지 저장 셀의 병렬 배치 방향으로 연결되는 두 개의 케이스 블록 연결부 각각에는, 비관통 홀이 일정한 간격으로 일렬로 형성되어 있고,
상기 측면 케이스 결합 부재에는 상기 비관통 홀의 위치에 대응하는 위치에 2열로 관통 홀이 형성되어 있는, 캐비닛. - 제 7 항에 있어서,
상기 측면 케이스 결합 부재에 결합하여 대향하는 케이스 블록 연결부의 면에는, 상기 에너지 저장 셀의 단자가 형성된 방향으로 제 1 가이드 홈이 형성되고,
상기 제 1 가이드 홈에는 제 1 실링 부재가 삽입되는, 캐비닛. - 제 9 항에 있어서,
상기 볼팅 결합의 위치는, 상기 볼록부와 상기 제 1 가이드 홈 사이인, 캐비닛. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 측면 케이스의 양끝단에 형성된 케이스 블록 연결부와 상기 제 2 측면 케이스의 양끝단에 형성된 케이스 블록 연결부는, 서로 대향하여 볼팅 결합하는, 캐비닛. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 측면 케이스의 양끝단에 형성된 케이스 블록 연결부와 상기 제 2 측면 케이스의 양끝단에 형성된 케이스 블록 연결부의 서로 대향하는 적어도 하나의 면에는, 상기 에너지 저장 셀의 단자가 형성된 방향으로 제 2 가이드 홈이 형성되고, 상기 제 2 가이드 홈에는 제 2 실링 부재가 삽입되는, 캐비닛. - 제 12 항에 있어서,
상기 볼팅 결합의 위치와 상기 볼록부 사이에 상기 제 2 가이드 홈이 위치하는, 캐비닛. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1, 2 측면 케이스와 상기 제 1, 2 덮개 사이에 제 3 실링 부재를 포함하는, 캐비닛. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 3 실링 부재는, 상기 제 1, 2 측면 케이스의 전면 및 후면의 형상에 대응하는 형상으로 상기 전면 및 후면의 표면을 따라 배치되는, 캐비닛. - 제 1 항에 있어서,
상기 케이스 블록들은, 'L'자 형상인, 캐비닛.
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020160055710A KR102418598B1 (ko) | 2016-05-04 | 2016-05-04 | 에너지 저장 모듈을 구비하는 캐비닛 |
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| 인용발명 5: 일본 등록실용신안공보 실용신안등록 제 3172194호(2011.12.08.) 1부.* |
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